TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung beinhaltet im Allgemeinen eine elektrische Maschine für einen Antriebsstrang, und insbesondere eine innere dauermagnetische elektrische Maschine.The present disclosure generally includes an electric machine for a powertrain, and more particularly, an internal permanent magnet electric machine.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Ein Elektromotor nutzt elektrische Potenzialenergie zum Erzeugen von mechanischem Drehmoment durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und elektrischen stromführenden Leitern. Einige Elektromotoren können auch als Generatoren zum Erzeugen elektrischer Energie durch Verwendung von Drehmoment dienen. Ein innendauermagnetelektrische Maschine weist eine Rotoranordnung auf, die die einen Rotorkern mit Magneten wechselnder Polarität auf, die um den Rotorkern angeordnet sind.An electric motor uses electrical potential energy to generate mechanical torque through the interaction of magnetic fields and electrical current-carrying conductors. Some electric motors may also serve as generators for generating electrical energy through the use of torque. An inside permanent magnet electric machine has a rotor assembly having the one rotor core with magnets of alternating polarity disposed around the rotor core.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
Eine elektrische Maschine wird bereitgestellt, die eine Rotoranordnung mit einem Rotorkern umfasst, der zum Tragen von Dauermagneten, die um den Rotorkern zum Definieren einer Anzahl von Rotorpolen angeordnet sind, dient. Der Rotorkern umfasst mehrere Rotorschlitze, die als vielfache Sperrschichten an jedem der Rotorpole angeordnet sind. Die mehrfachen Sperrschichten sind direkt nebeneinander zwischen einem inneren Umfang des Rotorkerns und einem Außenumfang des Rotorkerns angeordnet und beinhalten eine erste Sperrschicht dem Innenumfang direkt benachbart. Dauermagnete sind in mindestens der ersten Barriereschicht angeordnet. Eine Statoranordnung umgibt die Rotoranordnung. Die elektrische Maschine ist so ausgebildet, dass sie als Motor in einem Motorbetrieb und als Generator in einem Generatorbetrieb arbeitet. Die Rotoranordnung, die Statoranordnung und die Dauermagnete sind mit Parametern gestaltet, die zum Bereitstellen mindestens einer vorgegebenen Effizienz bei Nennleistung, einer vorgegebenen Leistungsdichte, einer vorbestimmten Drehmomentdichte, eines vorgegebenen Spitzenleistungsbereichs oder einer vorgegebenen maximalen Motordrehzahl der elektrische Maschine im Fahrbetrieb oder im Generatorbetrieb ausgewählt sind.An electric machine is provided which includes a rotor assembly having a rotor core for supporting permanent magnets disposed about the rotor core for defining a number of rotor poles. The rotor core includes a plurality of rotor slots arranged as multiple barrier layers on each of the rotor poles. The multiple barrier layers are disposed directly adjacent to each other between an inner circumference of the rotor core and an outer periphery of the rotor core, and include a first barrier layer directly adjacent to the inner circumference. Permanent magnets are arranged in at least the first barrier layer. A stator assembly surrounds the rotor assembly. The electric machine is designed to operate as a motor in a motor mode and as a generator in a generator mode. The rotor assembly, the stator assembly, and the permanent magnets are configured with parameters selected to provide at least one predetermined efficiency at rated power, a predetermined power density, a predetermined torque density, a predetermined peak power range, or a predetermined maximum engine speed of the electric machine while driving or in generator mode.
Die elektrische Maschine kann besonders gut zur Verwendung in einer riemengetriebenen Maschine, wie in einem Hybridantriebsstrang, geeignet sein. Beispielsweise kann die elektrische Maschine mit einem Motor mit einer Kurbelwelle mit einem Riemenantriebsstrang zum operativen Verbinden der elektrischen Maschine mit der Kurbelwelle verwendet werden. Eine Batterie kann operativ mit der Statoranordnung verbunden sein. Ein Motorsteuerungs-Wechselrichtermodul (MPIM) kann operativ mit der Statoranordnung verbunden sein. Das MPIM kann zum Steuern der elektrischen Maschine gestaltet sein, um den Motormodus zu erreichen, in dem die elektrische Maschine zusätzliches Drehmoment an der Kurbelwelle unter Verwendung gespeicherter elektrischer Energie aus der Batterie bereitstellt. Das MPIM kann zum Steuern der elektrischen Maschine gestaltet sein, um den Generatormodus zu erreichen, in dem die elektrische Maschine Drehmoment der Kurbelwelle in gespeicherte elektrische Energie in der Batterie umwandelt.The electric machine may be particularly well suited for use in a belt-driven machine, such as in a hybrid powertrain. For example, the electric machine may be used with an engine having a crankshaft with a belt drive train for operatively connecting the electric machine to the crankshaft. A battery may be operatively connected to the stator assembly. A motor control inverter module (MPIM) may be operatively connected to the stator assembly. The MPIM may be configured to control the electric machine to achieve the engine mode in which the electric machine provides additional torque to the crankshaft using stored electrical energy from the battery. The MPIM may be configured to control the electric machine to achieve the generator mode in which the electric machine converts crankshaft torque into stored electrical energy in the battery.
Die elektrische Maschine kann für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs oder eines nichtautomobilen Fahrzeugs, wie eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Fluggeräts usw., sein. Es versteht sich von selbst, dass die elektrische Maschine in Haushaltsgeräte, Baumaschinen, selbstangetriebene Ausrüstung usw. an Stelle von Fahrzeugen eingebaut sein kann.The electric machine may be for a powertrain of a motor vehicle or a non-automotive vehicle such as an agricultural vehicle, a watercraft, an aircraft, etc. It goes without saying that the electric machine can be installed in household appliances, construction machines, self-propelled equipment, etc. instead of vehicles.
Die vorstehend genannten Eigenschaften und Vorteile sowie andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Ansprüche in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.The foregoing characteristics and advantages as well as other features and advantages of the present disclosure will be apparent from the following detailed description of the best mode of practicing the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht einer elektrischen Maschine mit einer Rotoranordnung und einer Statoranordnung. 1 is a schematic representation in side view of an electric machine with a rotor assembly and a stator assembly.
2 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht einer Rotoranordnung der elektrischen Maschine nach 1. 2 is a schematic representation in side view of a rotor assembly of the electric machine according to 1 ,
3 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht der Statoranordnung der elektrische Maschine nach 1 3 is a schematic representation in side view of the stator assembly of the electric machine according to 1
4 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer elektrische Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 4 is a schematic representation in partial side view of a second embodiment of an electric machine according to the present descriptions.
5 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer elektrische Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 5 is a schematic representation in partial side view of a third embodiment of an electric machine according to the present descriptions.
6 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Rotoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 6 is a schematic representation in partial side view of an alternative embodiment of a rotor assembly according to the present descriptions.
7 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Rotoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 7 is a schematic representation in partial side view of an alternative embodiment of a rotor assembly according to the present descriptions.
8 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Rotoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 8th is a schematic representation in partial side view of an alternative embodiment of a rotor assembly according to the present descriptions.
9 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht einer alternative Ausführungsform einer Rotoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 9 Figure 4 is a schematic representation in partial side view of an alternative embodiment of a rotor assembly according to the present descriptions.
10 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht eines Teils eines Rotorkerns für eine Rotoranordnung mit zwölf Rotorpolen gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 10 FIG. 4 is a schematic illustration in partial side view of a portion of a rotor core for a rotor assembly having twelve rotor poles according to the present descriptions. FIG.
11 ist eine schematische Darstellung in teilweiser Seitenansicht eines Teils eines Rotorkerns für eine Rotoranordnung mit sechs Rotorpolen gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 11 FIG. 4 is a schematic illustration in partial side view of a portion of a rotor core for a rotor assembly having six rotor poles according to the present descriptions. FIG.
12 ist eine schematische Darstellung einer teilweisen Seitenansicht einer Statoranordnung, die zwei benachbarte Ständerschlitze gemäß den vorliegenden Beschreibungen zeigt. 12 Figure 4 is a schematic representation of a partial side view of a stator assembly showing two adjacent stator slots in accordance with the present teachings.
13 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform von drei Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 13 FIG. 12 is a schematic diagram of a first embodiment of three phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
14 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform von drei Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 14 FIG. 12 is a schematic illustration of a second embodiment of three phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
15 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform von fünf Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 15 FIG. 12 is a schematic representation of a first embodiment of five phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
16 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform fünf Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 16 FIG. 12 is a schematic illustration of a second embodiment of five phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
17 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform von sechs Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 17 FIG. 12 is a schematic diagram of a first embodiment of six phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
18 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform von sechs Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 18 FIG. 12 is a schematic diagram of a second embodiment of six phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
19 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform von sieben Phasenwicklungen für eine Statoranordnung gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 19 FIG. 12 is a schematic diagram of a first embodiment of seven phase windings for a stator assembly according to the present descriptions. FIG.
20 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs einschließlich der elektrischen Maschine der 1. 20 is a schematic representation of a drive train including the electric machine of 1 ,
21 ist ein Diagramm des Drehmoments pro Basismoment (pu) und Strom pro Basisleistung (pu) gegenüber Geschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute) einer elektrische Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 21 FIG. 13 is a graph of torque per base moment (pu) and current per basic power (pu) versus speed (revolutions per minute) of an electric machine according to the present descriptions.
22 ist eine Wirkungsgradkarte bei unterschiedlichen Leistungen pro Basisleistung (pu) und Geschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute) während eines Generatorbetriebs einer elektrischen Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 22 is an efficiency map at different powers per basic power (pu) and speed (revolutions per minute) during generator operation of an electric machine according to the present descriptions.
23 ist eine Wirkungsgradkarte bei unterschiedlichen Leistungen pro Basisleistung (pu) und Geschwindigkeiten (Umdrehungen pro Minute) während eines Motormodus einer elektrischen Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 23 is an efficiency map at different powers per basic power (pu) and speeds (revolutions per minute) during a motor mode of an electric machine according to the present descriptions.
24 ist ein Diagramm der Rotorgeschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute), Strom pro Basisleistung (pu) und des Phase-A-Stroms pro Basisstrom (pu) über der Zeit (Sekunden) während einer dreiphasigen Kurzschlussfalle einer elektrischen Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 24 FIG. 12 is a graph of rotor speed (revolutions per minute), current per unit power (pu) and phase A current per base current (pu) versus time (seconds) during a three phase short circuit trap of an electric machine according to the present descriptions.
25 ist ein Diagramm einer Remanenz gegenüber der Koerzitivkraft von Magneten in einer elektrische Maschine gemäß den vorliegenden Beschreibungen. 25 FIG. 12 is a graph of remanence versus coercive force of magnets in an electric machine according to the present descriptions. FIG.
26 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Antriebsstrangs einschließlich der elektrischen Maschine der 1 26 is a schematic representation of an alternative embodiment of a drive train including the electric machine of 1
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten in den Ansichten beziehen, zeigt 1 eine Elektromaschine 10 mit einer Statoranordnung 12 und einer Rotoranordnung 14. Wie hier beschrieben, weist die elektrische Maschine 10 eine mehrphasige Statoranordnung 12 und eine Innendauermagnet-unterstützte Synchron-Reluktanz-Rotoranordnung 14, die mit einer optimalen Auslegung und Geometrie zum Erfüllen von vordefinierten Betriebsparametern gestaltet ist. Die elektrische Maschine 10 ist besonders für das Verwenden als eine motorriemengetriebene elektrische Maschine optimiert, die einen regenerativen Modus und einen Drehmoment-Unterstützungsmodus bereitstellt.Referring to the drawings, wherein like reference numerals refer to like components in the views, FIG 1 an electric machine 10 with a stator assembly 12 and a rotor assembly 14 , As described here, the electric machine points 10 a multi-phase stator arrangement 12 and an inside permanent magnet assisted synchronous reluctance rotor assembly 14 , which is designed with an optimal design and geometry to meet predefined operating parameters. The electric machine 10 is specially optimized for using as a motorized belt driven electric machine, the one regenerative mode and a torque assist mode.
Insbesondere ist die elektrische Maschine 10 zum Erzielen eines relativ hohen Wirkungsgrads gestaltet, wie 85 % Wirkungsgrad über eine vorgegebene Ausgabeleistung und einen vorgegebenen Drehzahlbereich, einer relativ hohen Leistungsdichte (z. B. größer als 1500 Watt) und/oder eine hohe Drehmoment-Leistungsdichte (z. B. größer als 5 Newtonmeter pro Liter), eines relativ breiten Spitzenleistungsbereichs (z. B. 4 bis 6 Kilowatt), einer Maximaldrehzahl von mindestens 18.000 Umdrehungen pro Minute (1/min), relativ niedriger Kosten (durch Minimierung der erforderlichen Anzahl von Dauermagneten), einer relativ geringen Masse und Massenträgheit (für schnelle dynamische Reaktion auf Änderungen seitens des Fahrers) und in einen relativ kleinen Stauraum hineinpasst. Verschiedene alternative Ausführungsformen, einschließlich der alternativen Elektromaschinen 10A, 10B (4 und 5), die an Stelle der elektrischen Maschine 10 verwendet werden können sowie die alternativen Rotoranordnungen 114A, 114B, 114C, 114D, 114E, und 114F (6–11) und eine alternative Statoranordnung (12) besitzen auch optimale Auslegungen und Geometrien zum Erreichen der gleichen vorbestimmten Betriebsparameter. Jede dieser Ausführungsformen könnte in einem Antriebsstrang 300, dargestellt in 20, in einer motorriemengetriebenen Schaltungsanordnung verwendet werden, um Anlassen des Motors, Regeneration und Drehmomentunterstützungsmodi bereitzustellen.In particular, the electric machine 10 designed to achieve a relatively high efficiency, such as 85% efficiency over a given output power and a given speed range, a relatively high power density (eg, greater than 1500 watts), and / or a high torque power density (eg, greater than 5 Newton meters per liter), a relatively wide peak power range (eg 4 to 6 kilowatts), a maximum speed of at least 18,000 revolutions per minute (1 / min), a relatively low cost (by minimizing the required number of permanent magnets), a relative low mass and inertia (for rapid dynamic response to driver changes) and fits in a relatively small storage space. Various alternative embodiments, including alternative electric machines 10A . 10B ( 4 and 5 ), in place of the electric machine 10 can be used as well as the alternative rotor arrangements 114A . 114B . 114C . 114D . 114E , and 114F ( 6 - 11 ) and an alternative stator arrangement ( 12 ) also have optimal designs and geometries to achieve the same predetermined operating parameters. Any of these embodiments could be in a powertrain 300 represented in 20 are used in a motor-belt-driven circuit arrangement to provide engine starting, regeneration and torque assist modes.
Unter Bezugnahme auf 1–3 umgibt die Statoranordnung 12 radial die Rotoranordnung 14 mit einem hierin bestimmten Luftspalt 16. Die elektrische Maschine 10 ist so gestaltet, dass der Luftspalt 16, nur durch nicht einschränkendes Beispiel, nicht weniger als 0,2 Millimeter (mm) und nicht größer als 0,5 mm betragen, um Strom zu maximieren und die Anzahl der Magnete 20A, 20B, 20C zu minimieren. Sowohl die Statoranordnung 12 und die Rotoranordnung 14 sind im Allgemeinen ringförmig und konzentrisch bezüglich einer Längsmittendrehachse A der elektrische Maschine 10 (am besten gezeigt in 20). Die Statoranordnung 12 umfasst einen Statorkern 30 und die Rotoranordnung 14 umfasst einen Rotorkern 18. Sowohl der Statorkern 30 und der Rotorkern 18 können aus vielfachen Ständerblechpaketen gestapelt axial entlang der Achse A angeordnet ein. Beispielsweise 20 zeigt Ständerblechpakete 19. Es sollte beachtet werden, dass ein Motorgehäuse radial einen äußeren Umfang der Ständerlamellen 19 umgeben kann und eine Motorwelle 29 der elektrischen Maschine 10 tragen kann. Das Gehäuse ist in 20 nicht gezeigt, sodass die Blechlamellen 19 sichtbar sind.With reference to 1 - 3 surrounds the stator assembly 12 radially the rotor assembly 14 with an air gap defined herein 16 , The electric machine 10 is designed so that the air gap 16 by way of non-limiting example, not less than 0.2 millimeters (mm) and not greater than 0.5 mm to maximize power and the number of magnets 20A . 20B . 20C to minimize. Both the stator arrangement 12 and the rotor assembly 14 are generally annular and concentric with respect to a longitudinal center axis of rotation A of the electric machine 10 (best shown in 20 ). The stator arrangement 12 includes a stator core 30 and the rotor assembly 14 includes a rotor core 18 , Both the stator core 30 and the rotor core 18 can be arranged axially stacked along the axis A stacked of multiple stator laminations. For example 20 shows stator core packages 19 , It should be noted that a motor housing radially an outer periphery of the stator lamellae 19 can surround and a motor shaft 29 the electric machine 10 can carry. The housing is in 20 not shown, so the laminations 19 are visible.
Die Rotoranordnung 14 beinhaltet einen Rotorkern 18, der gestaltet ist zum Tragen mehrerer Dauermagnete 20A, 20B, 20C um den Rotorkern 18. Insbesondere weist der Rotorkern 18 mehrere Rotornuten 22, 24, 26, 28, auf, hier auch als Barrieren oder Sperrschichten bezeichnet, angeordnet als vielfache Barriereschichten einschließlich einer ersten Barriereschicht 22, einer zweiten Barriereschicht 24, einer dritten Barriereschicht 26, und einer vierten Barriereschicht 28. Die erste Barriereschicht 22 ist am nächsten an einem Innenumfang 23 des Rotorkerns 18 angeordnet. Die zweite Barriereschicht 24 ist zwischen der ersten Barriereschicht 22 und der dritten Barriereschicht 26 angeordnet. Die dritte Barriereschicht 26 ist zwischen der zweiten Grenzschicht 24 und der vierten Barriereschicht 28 angeordnet. Die vierte Barriereschicht 28 ist weiter entfernt vom inneren Umfang 23 als die Sperrschichten 22, 24 und 26. Die vierte Barriereschicht 28 näher an einem äußeren Umfang 25 des Rotorkerns 18 als die erste Barriereschicht 22, und mindestens Teile der zweiten und dritten Sperrschichten 24, 26. Die Sperrschichten 24, 26 und 28 sind radial außerhalb der ersten Barriereschicht 22 und zwischen den Flügelsegmenten 20B, 20C der ersten Grenzschicht 22 angeordnet. In den gezeigten Ausführungsformen, nur die erste Barriereschicht 22 Häuser Magneten 20A, 20B, 20C. Der anderen Sperrschichten 24, 26, 28 wirken als Luftbarrieren. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Sperrschichten 24, 26, 28 auch mit Dauermagneten gefüllt sein. Beispielsweise können alle Sperrschichten mit Magneten gefüllt sein mit Ausnahme der äußersten Barriereschicht. Des Weiteren kann, wie hier gezeigt, die Gesamtzahl der Sperrschichten an jedem Rotorpol 40 nicht weniger als zwei und nicht größer als fünf sein. In einer exemplarischen Ausführungsform ist mindestens eine radial äußerste der Sperrschichten leer (d. h. sie enthält nur Luft und enthält keine Magneten oder andere Bauteile).The rotor arrangement 14 includes a rotor core 18 which is designed to carry several permanent magnets 20A . 20B . 20C around the rotor core 18 , In particular, the rotor core 18 several rotornuts 22 . 24 . 26 . 28 , also referred to herein as barriers or barrier layers, arranged as multiple barrier layers including a first barrier layer 22 , a second barrier layer 24 , a third barrier layer 26 , and a fourth barrier layer 28 , The first barrier layer 22 is closest to an inner circumference 23 of the rotor core 18 arranged. The second barrier layer 24 is between the first barrier layer 22 and the third barrier layer 26 arranged. The third barrier layer 26 is between the second boundary layer 24 and the fourth barrier layer 28 arranged. The fourth barrier layer 28 is further away from the inner circumference 23 as the barrier layers 22 . 24 and 26 , The fourth barrier layer 28 closer to an outer circumference 25 of the rotor core 18 as the first barrier layer 22 , and at least parts of the second and third barrier layers 24 . 26 , The barrier layers 24 . 26 and 28 are radially outside the first barrier layer 22 and between the wing segments 20B . 20C the first boundary layer 22 arranged. In the embodiments shown, only the first barrier layer 22 Houses magnets 20A . 20B . 20C , The other barrier layers 24 . 26 . 28 act as air barriers. In other embodiments, one or more of the barrier layers 24 . 26 . 28 also be filled with permanent magnets. For example, all barrier layers may be filled with magnets except for the outermost barrier layer. Furthermore, as shown here, the total number of barrier layers at each rotor pole 40 not less than two and not greater than five. In an exemplary embodiment, at least one radially outermost one of the barrier layers is empty (ie, it contains only air and contains no magnets or other components).
Die Rotoranordnung 14 ist drehbar um die Achse A gestaltet, die sich längs durch die Mitte der elektrischen Maschine 10 erstreckt. Der Rotorkern 18 ist starr verbunden zu und dreht sich mit einer Motorwelle 29 (dargestellt nur in 20), die sich durch eine Wellenöffnung 31 in den Rotorkern 18 erstreckt. Das Material des Rotorkerns 18 um die Wellenöffnung 31 dient als Mittenwellenhalterung 33.The rotor arrangement 14 is rotatably formed about the axis A, which extends longitudinally through the center of the electric machine 10 extends. The rotor core 18 is rigidly connected to and rotates with a motor shaft 29 (shown only in 20 ) extending through a shaft opening 31 in the rotor core 18 extends. The material of the rotor core 18 around the shaft opening 31 serves as a center shaft holder 33 ,
Die Statoranordnung 12 beinhaltet einen Statorkern 30 mit mehreren peripher beabstandeten Ständernuten 32. Die Statornuten 32 erstrecken sich in Längsrichtung entlang der Achse A. Die Statornuten 32 sind gestaltet zum Aufnehmen der mehrphasigen Statorwicklungen 34. Die Ständerwicklungen 34 können in verschiedenen Sätzen zusammengefasst werden, die jeweils eine identische Anzahl von Phasen eines elektrischen Stroms tragen, wie drei Phasen, fünf Phasen, sechs Phasen oder sieben Phasen, wie weiter dargestellt und beschrieben in 13–19 und Fachleuten bekannt ist. Die Ständerwicklungen 34 erstrecken sich axial jenseits der ersten und zweiten axialen Enden 36, 38 des Statorkerns 30, dargestellt in 20. Die axiale Länge AL der Blechpakete 19 (d. h. die Abstände entlang der Achse A zwischen den axialen Enden 36, 38), nicht inbegriffen ein jeglicher sich erstreckender Abschnitt der Wicklungen 34, ist hier auch als die aktive Länge der elektrische Maschine 10 bezeichnet. Ein Verhältnis eines Außendurchmessers OD der Blechlamellen 19 der Statoranordnung 12 zur axialen Länge AL kann, nur durch nicht einschränkendes Beispiel, nicht weniger als 1,5 und nicht größer als 3,5 sein, und, nur durch nicht einschränkendes Beispiel, mit der axialen Länge AL nicht über 60 mm und der Außendurchmesser OD nicht über 136 mm sein, um die vorherbestimmten Anforderungen für die Packdichte für eine bestimmte Anwendung der elektrischen Maschine 10 zu erfüllen, wie in einem Fahrzeugantriebsstrang.The stator arrangement 12 includes a stator core 30 with several peripherally spaced stator slots 32 , The stator grooves 32 extend longitudinally along the axis A. The stator grooves 32 are designed to receive the polyphase stator windings 34 , The stator windings 34 can be summarized in various sentences, each carrying an identical number of phases of an electric current, such as three phases, five phases, six phases or seven Phases, as further illustrated and described in 13 - 19 and skilled in the art. The stator windings 34 extend axially beyond the first and second axial ends 36 . 38 of the stator core 30 represented in 20 , The axial length AL of the laminated cores 19 (ie the distances along the axis A between the axial ends 36 . 38 ), not including any extending section of windings 34 , is also here as the active length of the electric machine 10 designated. A ratio of an outer diameter OD of the laminations 19 the stator assembly 12 to the axial length AL, not by way of non-limiting example, may be not less than 1.5 and not greater than 3.5, and, not only by way of non-limiting example, having the axial length AL not exceeding 60 mm and the outer diameter OD not exceeding 136 mm to meet the predetermined requirements for packing density for a particular application of the electric machine 10 to fulfill, as in a vehicle powertrain.
Bezugnehmend auf 2 weist der Rotor acht Pole 40 auf, die mindestens teilweise durch die Anordnung der Permanentmagneten 20A, 20B, 20C in der ersten Barriereschicht 22 im Allgemeinen in Umfangsrichtung in dem Rotorkern 18 und durch die ausgewählte Polarität der Magnete 20A, 20B, 20C angeordnet sind. Obwohl acht Pole 40 dargestellt sind, kann die elektrische Maschine 10 so gestaltet sein, dass sie eine andere Anzahl von Polen 40 aufweist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Anzahl der Pole 40 zwischen 6 und 12 betragen, um die vorgegebenen Werte von Drehmoment, Strom und Packungsparametern innerhalb der vorgegebenen Lärmgrenzen zu erreichen. Jeder Pol 40 beinhaltet einen Satz von mehreren Sperrschichten 22, 24, 26, 28. Die Pole 40 sind durch Polbegrenzungen 42, die sich radial durch den Rotorkern 30 erstrecken, voneinander getrennt dargestellt. Jeder Pol 40 beinhaltet alles Material des Rotorkerns 30, begrenzt durch die jeweiligen Polbegrenzungen 42 des Pols 40. Ein Polachse 44 nur einer der Pole 40 ist dargestellt, obwohl jeder Pol 40 eine gleichartige Polachse 44 hat, die sich radial durch die Mitte des Pol 40 erstreckt. 10 zeigt eine Ausführungsform einer Rotoranordnung 114E mit zwölf Polen 40. 12 Sätze von Sperrschichten 22 und Magneten 20A, 20B und 20C, wie in 1, würden radial außerhalb der zwölf Speichen 84 in der Rotoranordnung 114E angeordnet sein. 11 zeigt eine Ausführungsform einer Rotoranordnung 114E mit sechs Polen 40. Sechs Sätze von Sperrschichten 22 und Magnete 20A, 20B und 20C, wie in 1, würden radial außerhalb der sechs Speichen 84 in der Rotoranordnung 114F angeordnet sein. Eine Gesamtzahl von Polen von sechs bis zwölf, und insbesondere von sechs bis acht Polen ermöglicht das Einhalten der Anforderungen an Drehmoment, Strom, Geräusch und Packdichte.Referring to 2 the rotor has eight poles 40 at least partially due to the arrangement of the permanent magnets 20A . 20B . 20C in the first barrier layer 22 generally in the circumferential direction in the rotor core 18 and by the selected polarity of the magnets 20A . 20B . 20C are arranged. Although eight poles 40 are shown, the electric machine 10 be designed so that they have a different number of poles 40 having. As a non-limiting example, the number of poles 40 between 6 and 12 to reach the specified values of torque, current and packing parameters within the specified noise limits. Every pole 40 includes a set of multiple barrier layers 22 . 24 . 26 . 28 , The poles 40 are by pole boundaries 42 extending radially through the rotor core 30 extend, shown separated from each other. Every pole 40 includes all material of the rotor core 30 , limited by the respective pole boundaries 42 of the pole 40 , A polar axis 44 only one of the poles 40 is shown, though every pole 40 a similar polar axis 44 has, which extends radially through the middle of the pole 40 extends. 10 shows an embodiment of a rotor assembly 114E with twelve poles 40 , 12 Sets of barrier layers 22 and magnets 20A . 20B and 20C , as in 1 that would be radially outside the twelve spokes 84 in the rotor assembly 114E be arranged. 11 shows an embodiment of a rotor assembly 114E with six poles 40 , Six sets of barrier layers 22 and magnets 20A . 20B and 20C , as in 1 , would be radially outside the six spokes 84 in the rotor assembly 114F be arranged. A total number of poles from six to twelve, and in particular from six to eight, poles enables the requirements of torque, current, noise and packing density to be met.
Der Rotorkern 18 ist ein Stahlmaterial, ausgewählt, um Hochgeschwindigkeitsrotationsbelastung innerhalb vorgegebener Grenzen zu erreichen. Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt eine computerbasierte Drehzahlbelastungsanalyse der Rotoranordnung 14, dass die am weitesten entfernten Abschnitte 45 eines mittleren Segments 60 der ersten Grenzschicht 22 die größte Drehzahlbelastung erfahren und dass, wenn die elektrische Maschine 10 im Fahrbetrieb bei einer Drehzahl von 20.000/min bei 150 Grad Celsius läuft, die Belastung an dem distalen Abschnitt 45 geringer als eine vorgegebene maximal zulässige Drehzahlbelastung basierend auf Materialeigenschaften bleibt.The rotor core 18 is a steel material selected to achieve high speed rotation loading within preset limits. As a non-limiting example, a computer-based speed load analysis shows the rotor assembly 14 that the farthest sections 45 a middle segment 60 the first boundary layer 22 experience the greatest speed load and that when the electric machine 10 when driving at a speed of 20,000 / min at 150 degrees Celsius running, the load on the distal section 45 less than a given maximum allowable speed load based on material properties.
Bezugnehmend auf 1 und 3 hat in einer exemplarischen Ausführungsform der Statorkern 30 sechzig Ständernuten 32 in Umfangsrichtung angeordnet um den Statorkern 30 und eine Öffnung an einem inneren Umfang 50 des Statorkerns 30 gegen den Luftspalt 16. Statorzähne 52 trennen jede der Ständernuten 32 und sind mit Enden 54, die die Statorwicklungen 34 festhalten, gestaltet. Ein größten gemeinsamen Teiler (GCD) der Anzahl der Statornuten 32 und der Anzahl der Pole 40 des Rotorkerns 18 ist die größte positive ganze Zahl, die die Anzahl der Statornuten 32 und die Anzahl der Pole 40 ohne Rest teilt. In der gezeigten Ausführungsform ist die GCD gleich 4, da der Statorkern 30 sechzig Ständernuten 32 und der Rotorkern 18 acht Pole 40 umfasst. In anderen Ausführungsformen kann die GCD eine andere Zahl sein und ist bevorzugt größer als oder gleich 4. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform, in der die Anzahl der Rotorpole sechs ist (siehe 11), die Anzahl der Ständernuten 48, 72, 90 oder 108 sein. In einer Ausführungsform, bei der die Anzahl von Rotorpolen acht ist (siehe 1), kann die Anzahl der Ständernuten 60, 72, 84, 96 oder 108 sein.Referring to 1 and 3 In an exemplary embodiment, the stator core has 30 sixty star grooves 32 arranged circumferentially around the stator core 30 and an opening on an inner periphery 50 of the stator core 30 against the air gap 16 , stator teeth 52 separate each of the stator slots 32 and are with ends 54 that the stator windings 34 hold on, designed. One largest common divisor (GCD) of the number of stator slots 32 and the number of poles 40 of the rotor core 18 is the largest positive integer representing the number of stator slots 32 and the number of poles 40 without rest shares. In the embodiment shown, the GCD is 4, since the stator core 30 sixty star grooves 32 and the rotor core 18 eight poles 40 includes. In other embodiments, the GCD may be a different number and is preferably greater than or equal to 4. For example, in one embodiment where the number of rotor poles is six (see FIG 11 ), the number of stator slots 48 . 72 . 90 or 108 be. In an embodiment where the number of rotor poles is eight (see 1 ), the number of stator slots 60 . 72 . 84 . 96 or 108 be.
12 zeigt zwei benachbarte Ständernuten 32 in einem Abschnitt eines Statorkerns 30A. Radial sich durch die Statornuten 32 erstreckende Mittelachsen CA sind durch einen Winkel θ getrennt. Die Anzahl der Ständernuten 32 entspricht dem Winkel θ in einem Ständerkern 30A unter der Annahme, dass die Ständernuten 32 gleichmäßig beabstandet um den Rotorkern 30A beabstandet sind. Zum Beispiel, wenn der Winkel θ 7,5 Grad beträgt, ist die Anzahl der Ständernuten 48. Ist der Winkel θ 6 Grad, beträgt die Anzahl der Ständernuten 60. Ist der Winkel θ 5 Grad, beträgt die Anzahl der Ständernuten 72. Ist der Winkel θ 4,28 Grad, beträgt die Anzahl der Ständernuten 84. Ist der Winkel θ 3,75 Grad, beträgt die Anzahl der Ständernuten 96. Ist der Winkel θ 3,33 Grad, beträgt die Anzahl der Ständernuten 108. 12 shows two adjacent stator slots 32 in a section of a stator core 30A , Radial through the stator grooves 32 extending center axes CA are separated by an angle θ. The number of stator slots 32 corresponds to the angle θ in a stator core 30A assuming that the stander 32 evenly spaced around the rotor core 30A are spaced. For example, when the angle θ is 7.5 degrees, the number of stator slots is 48 , If the angle θ is 6 degrees, the number of stator slots is 60 , If the angle θ is 5 degrees, the number of stator slots is 72 , If the angle θ is 4.28 degrees, the number of stator slots is 84 , If the angle θ is 3.75 degrees, the number of stator slots is 96 , If the angle θ is 3.33 degrees, the number of stator slots is 108 ,
Ein niedrigster gemeinsamer Multiplizierer (LCM) der Anzahl der Ständernuten 32 und die Anzahl der Pole 40 ist die kleinste positive ganze Zahl, die durch die Anzahl der Ständernuten 32 und die Anzahl der Pole 40 teilbar ist. In der Ausführungsform, die in 1–3 veranschaulicht ist, ist die LCM 120, da der Statorkern 30 sechzig Ständernuten 32 und der Rotorkern 18 acht Pole 40 umfasst. In anderen Ausführungsformen kann die LCM eine andere Zahl sein und ist bevorzugt größer als oder gleich 48 zum Minimieren von Drehmomentschwankungen auf Grund des Zusammenwirkens der Dauermagnete 20A, 20B, 20C und der Zähne 52 des Statorkerns 30. Wenn die LCM weniger als 72 beträgt, kann eine abgeschrägte Rotoranordnung genutzt werden, um die Drehmomentwelligkeitsanforderungen zu erfüllen. Eine abgeschrägte Rotoranordnung hat die Magneten (und damit die Rotorpole) winkelmäßig in einer Richtung entlang der Drehachse verschoben. In einer nichtabgeschrägten Rotoranordnung bleiben die Magnete (und damit die Rotorpole) in den gleichen Winkelpositionen in einer Richtung entlang der Drehachse. Abgeschrägte Rotorbaugruppen sind im Allgemeinen teurer. Deshalb kann die Anzahl der Statornuten 32 und die Anzahl der Pole 40 so gewählt werden, dass die LCM größer oder gleich 84 ist und eine nichtabgeschrägte Rotoranordnung verwendet wird.A lowest common multiplier (LCM) of the number of stator slots 32 and the number of poles 40 is the smallest positive integer, by the number of stander grooves 32 and the number of poles 40 is divisible. In the embodiment which is in 1 - 3 is illustrated is the LCM 120 because of the stator core 30 sixty star grooves 32 and the rotor core 18 eight poles 40 includes. In other embodiments, the LCM may be a different number, and is preferably greater than or equal to 48 to minimize torque fluctuations due to the interaction of the permanent magnets 20A . 20B . 20C and the teeth 52 of the stator core 30 , If the LCM is less than 72 a tapered rotor assembly can be used to meet the torque ripple requirements. A slanted rotor assembly has the magnets (and thus the rotor poles) angularly displaced in a direction along the axis of rotation. In a non-skewed rotor assembly, the magnets (and thus the rotor poles) remain in the same angular positions in a direction along the axis of rotation. Beveled rotor assemblies are generally more expensive. Therefore, the number of stator slots 32 and the number of poles 40 be chosen so that the LCM is greater than or equal to 84 is and a non-beveled rotor assembly is used.
Bezugnehmend auf 2 umfasst die erste Barriereschicht 22 vielfache diskrete Segmente, die physikalisch voneinander durch das Material des Rotorkerns 18 getrennt sind. Insbesondere beinhalten die Segmente ein Mittelsegment 60, das die Magneten 20A aufnimmt. Die erste Barriereschicht 22 umfasst ferner erste und zweite Flügelsegmente 62A, 62B, die im Allgemeinen nahe gegenüberliegenden Enden 64A, 64B des mittleren Segments 60 in Richtung des äußeren Umfangs 25 und Winkels und voneinander weg angeordnet sind. Das mittlere Segment 60 ist so positioniert, dass sich der darin untergebrachte Magnet 20A längs im Allgemeinen senkrecht zu einem Radius des Rotorkerns 18 mit dem gezeigten Radius, dargestellt durch die Polachse 44, erstreckt.Referring to 2 includes the first barrier layer 22 multiple discrete segments that are physically separated from each other by the material of the rotor core 18 are separated. In particular, the segments include a middle segment 60 that the magnets 20A receives. The first barrier layer 22 further comprises first and second wing segments 62A . 62B which are generally near opposite ends 64A . 64B of the middle segment 60 in the direction of the outer circumference 25 and angles and away from each other. The middle segment 60 is positioned so that the magnet accommodated therein 20A along generally perpendicular to a radius of the rotor core 18 with the radius shown, represented by the polar axis 44 , extends.
Zur Kosteneinsparung ist es wünschenswert, dass jeder der Dauermagnete 20A, 20B und 20C identische, rechteckige Formen umfasst. Dies kann erreicht werden, indem das Mittelsegment 60 und die ersten und zweiten Flügelsegmente 62A, 62B gleiche Dicken T1, T2, T3 aufweisen. In einem nicht beschränkenden Beispiel gestatten die Dicken T1, T2, und T3 den Magneten 20A, 20B, 20C mit einer Dicke von 1,5 mm bis 2,5 mm darin hineinzupassen. In den hier beschriebenen Ausführungsformen beträgt die Gesamtmasse des verwendeten Magnetmaterials (d. h. die Masse der Magneten 20) etwa 150 Gramm bis 250 Gramm. Durch Verwendung von weniger Magnetmaterial, das jedoch noch die vordefinierten Betriebsparametern erfüllt, werden Kosten reduziert. Die Magnete der elektrischen Maschine 10 können alle gleich sein, wenn sie aus dem gleichen Material sind, oder unterschiedlich, wenn die Magnete aus unterschiedlichen Materialien bestehen.For cost savings, it is desirable that each of the permanent magnets 20A . 20B and 20C includes identical rectangular shapes. This can be achieved by the middle segment 60 and the first and second wing segments 62A . 62B have the same thicknesses T1, T2, T3. In a non-limiting example, the thicknesses T1, T2, and T3 allow the magnet 20A . 20B . 20C with a thickness of 1.5 mm to 2.5 mm in it. In the embodiments described herein, the total mass of the magnetic material used (ie, the mass of the magnets 20 ) about 150 grams to 250 grams. By using less magnetic material but still meeting the predefined operating parameters, costs are reduced. The magnets of the electric machine 10 they can all be the same if they are made of the same material or different if the magnets are made of different materials.
Obwohl die Dauermagnete 20A, 20B, 20C rechteckig sind, haben das Mittelsegment 60 und die Flügelsegmente 62A, 62B eine komplexere Form mit einem im Allgemeinen rechteckigen mittleren Abschnitt, der zu den Magneten passt und die Magneten 20A, 20B, 20C hält, und haben Lufttaschen 66, die sich an einem oder beiden Enden erstrecken. Die Länge der Mitte Segmente 60 und dem Kotflügel Segmente 62A, 62B der gestapelten Rotor Blechlamellen in Richtung der Achse A kann. Die Länge der Mittelsegmente 60 in Richtung der Achse A und der Flügelsegmente 62A, 62B der gestapelten Rotorblechlamellen kann gleich sein. Dadurch können die Dauermagnete 20A, 20B und 20C identische, rechteckige Formen umfassen. Mehrere Magneten können in jedem der ausgerichteten Segmente 20A, 20B, 20C in der Richtung der Länge der Achse A angeordnet sein. Zusätzlich sind die Breiten W1, W2, W3 des jeweiligen mittleren Segments 60 und der ersten und zweiten Flügelsegmente 62A, 62B gestaltet, dass Magneten größer als 5 mm Breite darin hineinpassen.Although the permanent magnets 20A . 20B . 20C are rectangular, have the middle segment 60 and the wing segments 62A . 62B a more complex shape with a generally rectangular central section that matches the magnets and the magnets 20A . 20B . 20C holds, and have air pockets 66 which extend at one or both ends. The length of the middle segments 60 and the fender segments 62A . 62B the stacked rotor laminations in the direction of the axis A can. The length of the middle segments 60 in the direction of the axis A and the wing segments 62A . 62B the stacked rotor laminations can be the same. This allows the permanent magnets 20A . 20B and 20C include identical, rectangular shapes. Multiple magnets can be found in each of the aligned segments 20A . 20B . 20C be arranged in the direction of the length of the axis A. In addition, the widths W1, W2, W3 of the respective middle segment 60 and the first and second wing segments 62A . 62B designed so that magnets larger than 5 mm width fit into it.
Das mittlere Segment 60 und die Flügelsegmente 62A, 62B der ersten Sperrschicht 22 sind durch Material des Rotorkerns 18 voneinander getrennt. Mit anderen Worten, das Mittelsegment 60 und die Flügelsegmente 62A, 62B sind voneinander einzeln und unterbrochen, da der Rotorkern 18 eine Mittelbrücke 68 zwischen dem Mittelsegment 60 und dem ersten Flügelsegment 62A und zwischen dem Mittelsegment 60 und dem zweiten Flügelsegment 62B bestimmt. In einem nichtbeschränkenden Beispiel kann der Rotorkern 18 gestaltet sein, dass eine minimale Breite WM jeder Mittelbrücke 68 nicht weniger als 0,7 mm und nicht größer als 2 mm ist. Die minimale Breite WM ist als die minimale Entfernung zwischen dem Mittelsegment 60 und dem ersten Flügelsegment 62A oder dem zweiten Flügelsegment 62B bestimmt. Eine derart gestaltete Mittelbrücke 68 hilft, die vorgegebene Anforderung an die Drehzahlbelastung der elektrischen Maschine 10 einzuhalten und minimiert das notwendige magnetische Material zur potentiellen Reduzierung der Herstellungskosten.The middle segment 60 and the wing segments 62A . 62B the first barrier layer 22 are by material of the rotor core 18 separated from each other. In other words, the middle segment 60 and the wing segments 62A . 62B are separated from each other and interrupted, as the rotor core 18 a middle bridge 68 between the middle segment 60 and the first wing segment 62A and between the middle segment 60 and the second wing segment 62B certainly. In a non-limiting example, the rotor core 18 be designed to have a minimum width WM of each middle bridge 68 not less than 0.7 mm and not more than 2 mm. The minimum width WM is considered to be the minimum distance between the middle segment 60 and the first wing segment 62A or the second wing segment 62B certainly. Such a designed middle bridge 68 helps to meet the specified requirement for the speed load of the electric machine 10 to comply with and minimizes the necessary magnetic material for the potential reduction of manufacturing costs.
Das Material des Rotorkerns 18 bildet auch einen ersten oberen Stegs 70 zwischen jedem der ersten und zweiten Flügelsegmente 62A, 62B und dem äußeren Umfang 25 des Rotorkerns 18. Als nicht einschränkendes Beispiel ist eine minimale Breite WT1 jedes ersten oberen Stegs 70 nicht weniger als 0,75 mm und nicht größer als 2 mm.The material of the rotor core 18 also forms a first upper jetty 70 between each of the first and second wing segments 62A . 62B and the outer circumference 25 of the rotor core 18 , As a non-limiting example, a minimum width WT1 of each first upper land 70 not less than 0.75 mm and not larger than 2 mm.
Zusätzlich bildet das Material des Rotorkerns 18 einen zweiten oberen Steg 72, der sich zwischen jeder der zweiten Sperrschichten 24, der dritten Sperrschichten 26 und der vierten Sperrschichten 28 und dem Außenumfang 25 erstreckt. Mit anderen Worten, der zweite obere Steg 72 ist der Abschnitt jedes Rotorpols 40, der sich zwischen den ersten und zweiten Flügelsegmenten 62A, 62B des Rotorpols 40 und dem Außenumfang 25 befindet. Zur Veranschaulichung zeigt 2 die winkelmäßige Umlaufserstreckung 78 (d. h. ein Segment des Umfangs des Rotorkerns 18) eines der zweiten oberen Stege 72. Als nicht einschränkendes Beispiel, eine minimale Breite WT2 jedes zweiten oberen Stegs 72 nicht weniger als 1 mm und nicht größer als 3 mm. Die Magneten 20A, 20B, 20C erzeugen den Drehmoment erzeugenden Fluss in der elektrischen Maschine 10 und dienen auch zum Sättigen der oberen Stege 70 zur Minimierung einer Überbrückungswirkung.In addition, the material forms the rotor core 18 a second upper bridge 72 that is between each of the second barrier layers 24 , the third barrier layers 26 and the fourth barrier layers 28 and the outer circumference 25 extends. With others Words, the second upper bridge 72 is the section of each rotor pole 40 that lies between the first and second wing segments 62A . 62B of the rotor pole 40 and the outer circumference 25 located. To illustrate shows 2 the angular circumferential extension 78 (ie a segment of the circumference of the rotor core 18 ) one of the second upper webs 72 , As a non-limiting example, a minimum width WT2 of each second upper bridge 72 not less than 1 mm and not more than 3 mm. The magnets 20A . 20B . 20C generate the torque generating flux in the electric machine 10 and also serve to saturate the upper webs 70 to minimize a bridging effect.
Zum Einsparen von Masse umfasst der Rotorkern 18 Hohlräume 80 zwischen benachbarten Flügelsegmenten 62A, 62B benachbarter Gruppen von ersten Sperrschichten 22 benachbarter Pole 40. Zusätzliche Hohlräume 82 sind radial einwärts der ersten Sperrschichten 22 und radial auswärts des Innenumfangs 23 angeordnet. Die Hohlräume 80, 82 liegen zur Verringerung von Gewicht und Massenträgheit des Rotorkerns 18 in Bereichen relativ geringer Magnetflussdichte des Rotorkerns 18. Dies ermöglicht schnelles dynamisches Ansprechen der elektrischen Maschine 10, beispielsweise, wenn ein Fahrzeugführer Betriebsanforderungen verändert, wodurch er potentiell zunehmende Fahrzeugkraftstoffeffizienz erzeugt. Die Hohlräume 82 sind angeordnet, dass Speichen 84 durch den Rotorkern 18 zwischen benachbarten Hohlräumen 82 und zentriert innerhalb jedes Rotorpols 40 bestimmt sind. Das heißt, die Speichen 84 sind unter den Mittelsegmenten 60 und den Mittelmagneten 20A zentriert. Indem die Speichen 84 angeordnet sind, dass sie sich unmittelbar unter den Mittelsegmenten 60 befinden, fluchten die Speichen 84 radial mit den Polen 40, sodass die Mittelpolachse 42 jedes Pols 40 durch die radiale Mitte der jeweiligen Speiche 84 unter dem mittleren Segment 20A verläuft. Dementsprechend hilft der Magnetfluss durch das Rotorkernmaterial der Speichen 84 beim Magnetisieren der Magneten 20A, 20B, 20C. Die Speichen 84 in der exemplarischen Ausführungsform sind in einer nichtlinearen Form, wie sie teilweise durch die kreisförmigen Vertiefungen 82 bestimmt sind. Die Speichen 84 erstrecken sich im Allgemeinen radial zwischen dem Abschnitt des Rotorkerns 18, wobei sie als die Mittelwellenhalterung 33 und den Mittelsegmenten 60 fungieren.To save mass, the rotor core includes 18 cavities 80 between adjacent wing segments 62A . 62B adjacent groups of first barrier layers 22 neighboring poles 40 , Additional cavities 82 are radially inward of the first barrier layers 22 and radially outward of the inner circumference 23 arranged. The cavities 80 . 82 are to reduce the weight and inertia of the rotor core 18 in areas of relatively low magnetic flux density of the rotor core 18 , This allows fast dynamic response of the electric machine 10 For example, when a vehicle operator changes operating requirements, thereby creating potentially increasing vehicle fuel efficiency. The cavities 82 are arranged that spokes 84 through the rotor core 18 between adjacent cavities 82 and centered within each rotor pole 40 are determined. That is, the spokes 84 are among the middle segments 60 and the center magnet 20A centered. By the spokes 84 are arranged so that they are immediately below the middle segments 60 are located, the spokes are aligned 84 radially with the poles 40 so that the central pole axis 42 every pole 40 through the radial center of the respective spoke 84 below the middle segment 20A runs. Accordingly, the magnetic flux through the rotor core material helps the spokes 84 magnetizing the magnets 20A . 20B . 20C , The spokes 84 in the exemplary embodiment are in a non-linear shape, as partially through the circular recesses 82 are determined. The spokes 84 generally extend radially between the portion of the rotor core 18 , being referred to as the center shaft mount 33 and the middle segments 60 act.
Durch Bereitstellen von zwei bis fünf Sperrschichten an jedem Rotorpol 40 ist das Reluktanzdrehmoment der elektrischen Maschine 10 größer als das elektromagnetische Drehmoment, was zur Kostenminimierung beiträgt. Zusätzlich ist die radial am meisten innenliegende Sperrschicht 22 vollständig oder teilweise gefüllt mit Magneten 20. Ein Schicht ist „vollständig“ mit Magneten 20 gefüllt, wenn jedes Segment der Schicht einen Magnet 20 aufnimmt und ist nur teilweise mit Magneten 20 gefüllt, wenn mindestens eins der Segmente der Schicht leer ist. Durch Bereitstellen von Magneten 20 in nur einigen der Sperrschichten werden Kosten minimiert.By providing two to five barrier layers at each rotor pole 40 is the reluctance torque of the electric machine 10 greater than the electromagnetic torque, which contributes to cost minimization. In addition, the radially most interior barrier layer 22 completely or partially filled with magnets 20 , A layer is "complete" with magnets 20 filled when every segment of the layer has a magnet 20 takes up and is only partially with magnets 20 filled if at least one of the segments of the layer is empty. By providing magnets 20 Costs are minimized in just a few of the barrier layers.
4 zeigt eine alternative elektrische Maschine 10A, die an Stelle der elektrische Maschine 10 im Antriebsstrang 300 von 20 verwendet werden kann. Die elektrische Maschine 10A umfasst eine Statoranordnung 12, die gleich der in der elektrischen Maschine 10 ist und eine Rotoranordnung 14A, die gleich der Rotoranordnung 14 der elektrischen Maschine 10 ist mit der Ausnahme, dass zusätzliche Magnete 20 alle Sperrschichten außer der äußersten Sperrschicht 28 füllen. Mit anderen Worten, in der elektrische Maschine 10 ist nur die radial am weitesten innenliegende (erste) Sperrschicht 22 mit Magneten 20A, 20B, 20C gefüllt. Die zweite bis vierte Sperrschicht 24, 26 und 28 sind leer (enthalten keine Magneten). Im Gegensatz dazu enthalten in der Rotoranordnung 14A der elektrischen Maschine 10A die erste, zweite und dritte Sperrschicht 22, 24 und 26 Magneten und nur die radial am weitesten außenliegende (vierte) Sperrschicht 28 ist leer. Die elektrische Maschine 10A umfasst einen Rotorkern 30 mit acht Polen 40 und einen Statorkern 30 mit 60 Nuten 32. 4 shows an alternative electric machine 10A in place of the electric machine 10 in the drive train 300 from 20 can be used. The electric machine 10A includes a stator assembly 12 the same as in the electric machine 10 is and a rotor assembly 14A that equal the rotor assembly 14 the electric machine 10 is with the exception that additional magnets 20 all barrier layers except the outermost barrier layer 28 to fill. In other words, in the electric machine 10 is only the radially innermost (first) barrier layer 22 with magnets 20A . 20B . 20C filled. The second to fourth barrier layers 24 . 26 and 28 are empty (do not contain magnets). In contrast, included in the rotor assembly 14A the electric machine 10A the first, second and third barrier layers 22 . 24 and 26 Magnets and only the radially outermost (fourth) barrier layer 28 is empty. The electric machine 10A includes a rotor core 30 with eight poles 40 and a stator core 30 With 60 groove 32 ,
5 zeigt eine alternative elektrische Maschine 10B, die an Stelle der elektrische Maschine 10 im Antriebsstrang 300 von 20 verwendet werden kann. Die elektrische Maschine 10B umfasst eine Rotoranordnung 14A, die der Rotoranordnung 14A der 4 gleich ist, und eine Statoranordnung 12A, die der elektrischen Maschine 10 der 1 gleich ist, mit der Ausnahme, dass die Statoranordnung 12A einen Statorkern 30B mit 96 Nuten 32 umfasst. 5 shows an alternative electric machine 10B in place of the electric machine 10 in the drive train 300 from 20 can be used. The electric machine 10B includes a rotor assembly 14A that of the rotor assembly 14A of the 4 is the same, and a stator assembly 12A that of the electric machine 10 of the 1 is the same, except that the stator assembly 12A a stator core 30B With 96 groove 32 includes.
6 zeigt eine Rotoranordnung 114A, die gleich mit der Rotoranordnung 14 der elektrischen Maschine 10 ist mit der Ausnahme, dass eine zusätzliche Sperrschicht 26A zugefügt wird, dass fünf Sperrschichten 22, 24, 26, 26A und 28 an jedem Rotorpol 40 vorhanden sind. Gleich der Rotoranordnung 14 der 1 hält nur die Sperrschicht 22 Magneten 20A, 20B, und 20C. Die zusätzlichen Sperrschichten 24, 26, 26A und 28 sind leer. 6 shows a rotor assembly 114A that is equal to the rotor assembly 14 the electric machine 10 is with the exception that an additional barrier layer 26A is added that five barrier layers 22 . 24 . 26 . 26A and 28 at each rotor pole 40 available. Same as the rotor arrangement 14 of the 1 only holds the barrier 22 magnets 20A . 20B , and 20C , The additional barrier layers 24 . 26 . 26A and 28 are empty.
7 zeigt eine Rotoranordnung 114B, die gleich mit der Rotoranordnung 14 der elektrischen Maschine 10 ist mit der Ausnahme, dass Sperrschicht 26 nicht vorhanden ist, so dass nur drei Sperrschichten 22, 24 und 28 an jedem Rotorpol 40 vorhanden sind. Gleich der Rotoranordnung 14 der 1 hält nur die Sperrschicht 22 Magneten 20A, 20B, und 20C und die zusätzlichen Sperrschichten 24 und 28 sind leer. 7 shows a rotor assembly 114B that is equal to the rotor assembly 14 the electric machine 10 is with the exception that barrier layer 26 does not exist, leaving only three barrier layers 22 . 24 and 28 at each rotor pole 40 available. Same as the rotor arrangement 14 of the 1 only holds the barrier 22 magnets 20A . 20B , and 20C and the additional barrier layers 24 and 28 are empty.
8 zeigt eine Rotoranordnung 114C, die gleich mit der Rotoranordnung 14 der elektrischen Maschine 10 ist mit der Ausnahme, dass Sperrschichten 24 und 26 nicht vorhanden sind, sodass nur zwei Sperrschichten 22 und 28 an jedem Rotorpol 40 vorhanden sind. Gleich der Rotoranordnung 14 der 1 hält nur die Sperrschicht 22 Magneten 20A, 20B und 20C, und die radial äußerste Sperrschicht 28 ist leer. 8th shows a rotor assembly 114C that is equal to the rotor assembly 14 the electric machine 10 is with the exception that barriers 24 and 26 are not present, so only two barrier layers 22 and 28 at each rotor pole 40 available. Same as the rotor arrangement 14 of the 1 only holds the barrier 22 magnets 20A . 20B and 20C , and the radially outermost barrier layer 28 is empty.
9 zeigt eine Rotoranordnung 114D, die gleich mit der Rotoranordnung 14 der elektrischen Maschine 10 ist mit der Ausnahme, dass insgesamt zwei Sperrschichten 22A und 28A verwendet werden an jedem Rotorpol 40, und die Sperrschichten 22A, 28A enthalten jeweils zwei unterbrochene Segmente, angeordnet in einer V-Form. Beispielsweise umfasst Sperrschicht 22A eine erstes Flügelsegment 20B und ein zweites Flügelsegment 20C im Allgemeinen in einer V-Form angeordnet. Mit anderen Worten, es gibt kein Mittelsegment 20A wie in 1. Desgleichen umfasst Sperrschicht 28A ein erstes Flügelsegment 20D und ein zweites Flügelsegment 20E im Allgemeinen in einer V-Form angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind alle Segmente der beiden Sperrschichten 22A und 28A mit Magneten 20 gefüllt. 9 shows a rotor assembly 114D that is equal to the rotor assembly 14 the electric machine 10 is with the exception that a total of two barrier layers 22A and 28A can be used at each rotor pole 40 , and the barrier layers 22A . 28A each contain two interrupted segments, arranged in a V-shape. For example, barrier comprises 22A a first wing segment 20B and a second wing segment 20C generally arranged in a V-shape. In other words, there is no middle segment 20A as in 1 , Likewise includes barrier 28A a first wing segment 20D and a second wing segment 20E generally arranged in a V-shape. In the embodiment shown, all segments of the two barrier layers 22A and 28A with magnets 20 filled.
13–19 zeigen verschiedene Ausführungsformen mehrphasiger Statorwicklungen 34A–34G, von denen alle als Statorwicklungen 34 in den Statornuten 32 irgendeiner der Elektromaschinen und Statorbaugruppen, wie hier beschrieben, verwendet werden kann. Jede der Ständerwicklungen 34A–34G ist gestaltet zum Bereitstellen unterschiedlicher Anzahlen von Wechselstromphasen. Die in 13 dargestellte Ständerwicklung 34A ist eine dreiphasige Statorwicklung mit drei Anschlüssen 35, angeordnet in einer Sternform (auch als Y-Form bezeichnet). Statorwicklung 34A ist mit fünf Windungen pro Wicklung 37A dargestellt, kann jedoch von sechs bis zehn Windungen pro Spule umfassen. 13 - 19 show various embodiments of polyphase stator windings 34A - 34G all of which are called stator windings 34 in the stator grooves 32 any of the electric machines and stator assemblies as described herein. Each of the stator windings 34A - 34G is designed to provide different numbers of alternating current phases. In the 13 illustrated stator winding 34A is a three-phase stator winding with three terminals 35 arranged in a star shape (also referred to as Y-shape). stator 34A is with five turns per winding 37A however, may comprise from six to ten turns per coil.
Statorwicklung 34B, dargestellt in 14, ist eine dreiphasige Statorwicklung mit drei Anschlüssen 35, angeordnet in Dreiecksform. Statorwicklung 34B ist mit sechs Windungen pro Wicklung 37B dargestellt, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34B represented in 14 , is a three-phase stator winding with three terminals 35 arranged in triangular form. stator 34B is with six turns per winding 37B but may comprise from five to ten turns per winding.
Statorwicklung 34C, dargestellt in 15, ist eine Fünf-Phasen-Statorwicklung mit fünf Anschlüssen 35, angeordnet in einer Fünf-Punkt-Sternform. Statorwicklung 34C ist mit sieben Windungen pro Spule 37C dargestellt, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34C represented in 15 , is a five-phase, five-terminal stator winding 35 arranged in a five-point star shape. stator 34C is with seven turns per coil 37C but may comprise from five to ten turns per winding.
Statorwicklung 34D, dargestellt in 16, ist eine Fünf-Phasen-Statorwicklung mit fünf Anschlüssen 35, angeordnet in einer alternativen Fünf-Punkt-Sternform. Statorwicklung 34D ist dargestellt mit acht Windungen pro Wicklung 37D, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34D represented in 16 , is a five-phase, five-terminal stator winding 35 arranged in an alternative five-point star shape. stator 34D is shown with eight turns per winding 37D but may be from five to ten turns per winding.
Statorwicklung 34E, dargestellt in 17, ist eine Sechs-Phasen-Statorwicklung mit sechs Anschlüssen 35, angeordnet in einer Sechs-Punkt-Sternform. Statorwicklung 34E ist mit neun Windungen pro Wicklung 37E dargestellt, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34E represented in 17 , is a six-phase six-terminal stator winding 35 arranged in a six-point star shape. stator 34E is with nine turns per winding 37E but may comprise from five to ten turns per winding.
Statorwicklung 34F, dargestellt in 18, ist eine Sechs-Phasen-Statorwicklung mit sechs Anschlüssen 35, angeordnet in einer alternativen Sechs-Punkt-Sternform. Statorwicklung 34F ist dargestellt mit zehn Windungen pro Wicklung 37F, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34F represented in 18 , is a six-phase six-terminal stator winding 35 arranged in an alternative six-point star shape. stator 34F is shown with ten turns per winding 37F but may be from five to ten turns per winding.
Statorwicklung 34G, dargestellt in 19, ist eine Sieben-Phasen-Statorwicklung mit sieben Anschlüssen 35, angeordnet in einer Sieben-Punkt-Sternform. Statorwicklung 34G ist mit fünf Windungen pro Wicklung 37G dargestellt, kann jedoch von fünf bis zehn Windungen pro Wicklung umfassen.stator 34G represented in 19 , is a seven-phase seven-phase stator winding 35 arranged in a seven-point star shape. stator 34G is with five turns per winding 37G but may comprise from five to ten turns per winding.
Der Elektromotor 10, 10A oder 10B einer der verschiedenen Statoranordnungen 12, 12A, mit einer der verschiedenen Statorwicklungen 34A, 34B, 34C, 34D, 34E, 34F oder 34G und einer der verschiedenen Rotoranordnungen 14, 14A, 114A, 114B, 114C, 114D, 114E oder 114F, können in beliebiger Kombination in vielen Anwendungen, wie in einem Fahrzeug, verwendet werden. Eine nicht-beschränkendes Beispiel ist in 20 dargestellt, worin der Elektromotor 10 in den Antriebsstrang 300 des Fahrzeugs 302 einbezogen ist. Obgleich als Elektromotor 10 dargestellt, kann jeder der Elektromotoren 10, 10A oder 10B mit jeder der verschiedenen Statoranordnungen 12, 12A, jeder der verschiedenen Statorwicklungen 34A, 34B, 34C, 34D, 34E, 34F oder 34G und jeder der verschiedenen Rotoranordnungen 14, 14A, 114A, 114B, 114C, 114D, 114E oder 114F in beliebiger Kombination, in dem Antriebsstrang 300 verwendet werden.The electric motor 10 . 10A or 10B one of the various stator arrangements 12 . 12A , with one of the different stator windings 34A . 34B . 34C . 34D . 34E . 34F or 34G and one of the various rotor arrangements 14 . 14A . 114A . 114B . 114C . 114D . 114E or 114F , can be used in any combination in many applications, such as in a vehicle. A non-limiting example is in 20 illustrated, wherein the electric motor 10 in the drive train 300 of the vehicle 302 is involved. Although as an electric motor 10 shown, each of the electric motors 10 . 10A or 10B with each of the different stator arrangements 12 . 12A , each of the different stator windings 34A . 34B . 34C . 34D . 34E . 34F or 34G and each of the different rotor arrangements 14 . 14A . 114A . 114B . 114C . 114D . 114E or 114F in any combination, in the powertrain 300 be used.
Der Antriebsstrang 300 beinhaltet auch einen Motor 304 mit einer Kurbelwelle 306. Riemenantriebsstrang 308 verbindet im Betrieb die elektrische Maschine 10 mit der Kurbelwelle 306, wenn eine wahlweise schaltbare Kupplung 322A im Eingriff ist. Antriebsstrang 300 ist ein Hybridantriebsstrang und insbesondere ein fossiler Kraftstoff-elektrischer Hybridantriebsstrang, da, zusätzlich zu dem Motor 14 als erste Energiequelle angetrieben durch fossilen Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Dieselkraftstoff, die elektrische Maschine 10, angetrieben durch gespeicherte elektrische Energie, als eine zweite Energiequelle zur Verfügung steht. Die elektrische Maschine 10 ist steuerbar als Motor oder als Generator zu arbeiten und ist operativ mit der Kurbelwelle 306 des Motors 304 über den Riemenantriebsstrang 308 verbindbar, wenn die wahlweise schaltbare Kupplung 322A im Eingriff ist. Der Riemenantriebsstrang 308 beinhaltet einen Riemen 310, der im Eingriff mit einer Riemenscheibe 312 steht. Die Riemenscheibe 312 ist verbunden und dreht sich mit der Motorwelle 29 des Elektromotors 10 nur dann, wenn die wahlweise in Eingriff bringbare Kupplung 322A in Eingriff ist. Der Riemen 310 greift auch in eine verbindbare Riemenscheibe 314 ein, die mit der Kurbelwelle 306 dreht. Wenn die Riemenscheibe 312 zum Drehen mit der elektrischen Maschine 10 verbunden ist und die Riemenscheibe 314 zum Drehen mit der Kurbelwelle 306 verbunden ist, stellt der Riemenantriebsstrang 308 eine Antriebsverbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 und der Kurbelwelle 306 her. Die elektrische Maschine 10 bezeichnet werden kann als Riemen-Drehstromgenerator-Starter-System Motor/ Generator in dieser Anordnung. Wahlweise kann der Riemenantriebsstrang 308 eine Kette an Stelle des Riemens 310 und Ritzel an Stelle der Riemenscheiben 312, 314 beinhalten. Beide Ausführungsformen des Riemenantriebsstrangs 308 werden hier als „Riemenantriebsstrang“ bezeichnet.The powertrain 300 also includes a motor 304 with a crankshaft 306 , Belt drive train 308 connects the electrical machine during operation 10 with the crankshaft 306 if an optional switchable coupling 322A is engaged. powertrain 300 is a hybrid powertrain, and more particularly, a fossil fuel-electric hybrid powertrain, in addition to the engine 14 as the first source of energy powered by fossil fuel, such as gasoline or diesel fuel, the electric machine 10 driven by stored electrical energy is available as a second energy source. The electric machine 10 is controllable to work as a motor or as a generator and is operative with the crankshaft 306 of the motor 304 over the belt drive train 308 connectable, if the selectively switchable coupling 322A is engaged. Of the Belt drive train 308 includes a strap 310 that engages with a pulley 312 stands. The pulley 312 is connected and rotates with the motor shaft 29 of the electric motor 10 only if the selectively engageable coupling 322A is engaged. The belt 310 also engages in a connectible pulley 314 one with the crankshaft 306 rotates. If the pulley 312 for turning with the electric machine 10 connected and the pulley 314 for turning with the crankshaft 306 connected, sets the belt drive train 308 a drive connection between the electric machine 10 and the crankshaft 306 ago. The electric machine 10 may be referred to as a belt alternator starter system motor / generator in this arrangement. Optionally, the belt drive train 308 a chain in place of the belt 310 and pinion in place of the pulleys 312 . 314 include. Both embodiments of the belt drive train 308 are referred to herein as "belt drive train".
Ein Motorsteuerungs-Wechselrichtermodul (MPIM) 316 ist wirksam mit der Statoranordnung 12 verbunden. Wie dargestellt ist das MPIM 316 ist direkt an der elektrischen Maschine 10 angebracht. Eine Batterie 318 ist wirksam mit der Statoranordnung 12 durch das MPIM 316 und durch eine oder mehrere weitere Steuermodule 320 ebenfalls operativ mit dem Motor 304, mit dem Getriebe 321, mit einer Fahrzeugzusatzlast 323 und mit den Kupplungen 322A, 322B und 324 verbunden. Die wirksamen Verbindungen zu dem Motor 304, Getriebe 321 und den Kupplungen 322A, 322B und 324 sind zum Zwecke der Übersichtlichkeit der Zeichnungen nicht dargestellt. Die Verbindungen zu dem Getriebe 321 und Kupplungen 322A, 322B, und 324 können elektronisch, hydraulisch oder anderweitig sein.A Motor Control Inverter Module (MPIM) 316 is effective with the stator assembly 12 connected. As shown, the MPIM 316 is directly on the electric machine 10 appropriate. A battery 318 is effective with the stator assembly 12 through the MPIM 316 and by one or more other control modules 320 also operational with the engine 304 , with the gearbox 321 , with a vehicle auxiliary load 323 and with the couplings 322A . 322B and 324 connected. The effective connections to the engine 304 , Transmission 321 and the couplings 322A . 322B and 324 are not shown for the sake of clarity of the drawings. The connections to the transmission 321 and couplings 322A . 322B , and 324 can be electronic, hydraulic or otherwise.
Wenn Kupplung 324 verbunden ist und unter der Annahme, dass interne Kupplungen im Getriebe 321 angesteuert werden, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Getriebeantriebselement 334 und dem Getriebeabtriebselement 336 herzustellen, kann die Drehmomentübertragung zwischen der Kurbelwelle 306 und den Fahrzeugrädern 330 durch das Getriebe 321 und durch ein Differential 332 erfolgen.When coupling 324 is connected and assuming that internal clutches in the transmission 321 be driven to a drive connection between the transmission drive element 334 and the transmission output member 336 can produce the torque transmission between the crankshaft 306 and the vehicle wheels 330 through the transmission 321 and through a differential 332 respectively.
Unter vorbestimmten Betriebsbedingungen kann die Steuereinheit 320 die Kupplung 322B in Eingriff bringen und das MPIM 316 kann die elektrische Maschine 10 steuern, als Motor zu fungieren. Die elektrische Maschine 10 kann dann die Kurbelwelle 306 über ineinander eingreifende Zahnräder 340, 342 zum Starten des Motors 304 antreiben. Zahnrad 340 ist angebracht an und dreht sich mit einer Welle 346, die sich mit der Motorwelle 29 dreht, wenn die Kupplung 322B in Eingriff ist. Zahnrad 342 ist angebracht und dreht sich mit der Kurbelwelle 306. Kupplung 322A ist nicht in Eingriff während des Anlassens des Motors 304.Under predetermined operating conditions, the control unit 320 the coupling 322B engage and the MPIM 316 can the electric machine 10 control acting as an engine. The electric machine 10 then can the crankshaft 306 via intermeshing gears 340 . 342 to start the engine 304 drive. gear 340 is attached to and turns with a shaft 346 that deals with the motor shaft 29 turns when the clutch 322B is engaged. gear 342 is attached and rotates with the crankshaft 306 , clutch 322A is not engaged during cranking of the engine 304 ,
Wenn der Motor 304 eingeschaltet ist und wenn vorgegebene Betriebsbedingungen erfüllt sind, ist das MPIM 316 zur Steuerung der elektrische Maschine 10 zur Erzielung eines Fahrbetriebsmodus gestaltet, in dem die elektrische Maschine 10 zusätzliches Drehmoment an der Kurbelwelle 306 mittels abgespeicherten elektrischen Stroms aus Batterie 318 zur Verfügung stellt. Dies kann als Drehmomentunterstützungsmodus bezeichnet werden. Die Batterie 318 hat in der dargestellten exemplarischen Ausführungsform eine Nennspannung von 12 Volt. Als solche stellt die Batterie 318 ein Spannungsniveau (12 Volt) zur Verfügung, das geeignet ist und zur Versorgung der Zusatzlast 323 des Fahrzeugs verwendet wird, die innere und äußere Lichtsysteme, Heiz- und Kühlsysteme usw. beinhalten kann. Der Elektromotor 10 bringt zusätzliches Drehmoment durch den Riemenantriebsstrang 308, wenn Kupplung 322A in Eingriff und Kupplung 322B nicht in Eingriff ist. Wenn der Motor 304 eingeschaltet ist und andere vorgegebene Betriebsbedingungen erfüllt sind, ist das MPIM 316 zum Steuern des Kraftflusses in der Statoranordnung 12 gestaltet, um einen Generatorbetrieb zu erzielen, bei welchem die elektrische Maschine 10 Drehmoment der Kurbelwelle 306 in gespeicherte elektrische Energie in der Batterie 318 umwandelt, mit Kupplung 322A in Eingriff und Kupplung 322B nicht in Eingriff. Der Betrieb der elektrischen Maschine 10 als Generator verlangsamt die Kurbelwelle 306. Beispielsweise kann der Generatormodus während des Bremsens des Fahrzeugs eingestellt werden.If the engine 304 is on and if given operating conditions are met is the MPIM 316 for controlling the electric machine 10 designed to achieve a driving mode in which the electric machine 10 additional torque on the crankshaft 306 by means of stored electric current from battery 318 provides. This may be referred to as a torque assist mode. The battery 318 has a rated voltage of 12 volts in the illustrated exemplary embodiment. As such, the battery stops 318 a voltage level (12 volts) is available, which is suitable and to supply the additional load 323 of the vehicle, which may include internal and external lighting systems, heating and cooling systems, etc. The electric motor 10 Brings extra torque through the belt drive train 308 when clutch 322A engaged and clutch 322B not engaged. If the engine 304 is turned on and other predetermined operating conditions are met is the MPIM 316 for controlling the flow of force in the stator assembly 12 designed to achieve a generator operation in which the electric machine 10 Torque of the crankshaft 306 in stored electrical energy in the battery 318 converts, with clutch 322A engaged and clutch 322B not engaged. The operation of the electric machine 10 as a generator slows down the crankshaft 306 , For example, the generator mode may be adjusted during braking of the vehicle.
26 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Antriebsstrangs 300A, in der die elektrische Maschine 10 kontinuierlich wirksam mit der Kurbelwelle 306 über den Riemenantriebsstrang 308 und die Riemenscheibe 312 verbunden ist (d. h. es gibt keine Kupplung 322A wie in 20). Die elektrische Maschine 10 kann Drehmoment auf die Kurbelwelle 306 übertragen, wenn sie, gesteuert vom MPIM 316, als Motor während der Fahrzeugbeschleunigung arbeitet, und kann durch den Motor angetrieben werden, gesteuert vom MPIM 316, beim Bremsen oder Laden als Generator arbeiten. Ein Anlassermotor 350 hat eine Motorwelle 346A, die zum Drehen mit Getriebe 340 verbunden ist. Der Startermotor 350 ist somit fortlaufend operativ über die Getriebe 340, 342 mit der Kurbelwelle 306 verbunden und wird zum Starten des Motors 304 unter vordefinierten Betriebsbedingungen, wie einem Kaltstart oder einem Auto-Start, von der Steuerungseinheit 320 gesteuert. Ein Kaltstart ist ein Start des Motors nach Ausschalten des Fahrzeugs. Ein Auto-Start ist ein Start des Motors 304 nach folgenden vorübergehender Abschaltung während des Fahrzeugbetriebs, wie nach einem Halt des Fahrzeugs an einer Ampel. Alternativ kann die elektrische Maschine 10 zum Starten des Motors 304 in einer Ausführungsform, bei der der Motor 304 relativ klein ist und das Verhältnis von Riemenscheibe 312 zu Riemenscheibe 314 ein hinreichendes Drehmoment erlaubt, gesteuert werden. Die Komponenten des Antriebsstrangs 300A arbeiten, wie in Bezug auf die gleich nummerierten Komponenten des Antriebsstrangs 300 beschrieben. 26 shows a further embodiment of a drive train 300A in which the electric machine 10 continuously effective with the crankshaft 306 over the belt drive train 308 and the pulley 312 connected (ie there is no clutch 322A as in 20 ). The electric machine 10 can torque on the crankshaft 306 when transmitted, controlled by the MPIM 316 , operates as an engine during vehicle acceleration, and can be powered by the engine, controlled by the MPIM 316 to work as a generator when braking or charging. A starter motor 350 has a motor shaft 346A geared to turning 340 connected is. The starter motor 350 is thus continuously operational via the transmission 340 . 342 with the crankshaft 306 connected and will start the engine 304 under predefined operating conditions, such as a cold start or an auto-start, from the control unit 320 controlled. A cold start is a start of the engine after the vehicle is switched off. An auto start is a start of the engine 304 after the following temporary shutdown during vehicle operation, such as after a stop of the vehicle at a traffic light. Alternatively, the electric machine 10 to start the engine 304 in an embodiment where the engine 304 is relatively small and the ratio of pulley 312 to pulley 314 a sufficient torque allowed, controlled. The components of the powertrain 300A work, as with respect to the equally numbered components of the powertrain 300 described.
Bei der Anwendung gemäß 20 oder in anderen Fahrzeugantriebsstranganwendungen ist die elektrische Maschine 10 gestaltet, mindestens 80 % Wirkungsgrad (im Fahrbetriebsmodus) einer vorgegebenen Ausgangsleistung und eines vorgegebenen Drehzahlbereichs, wie in 21 dargestellt, zu erzielen. Die elektrische Maschine 10 ist gestaltet, mindestens 85 % Wirkungsgrad (in dem Generatormodus) zu erzielen. Der vorgegebene Ausgangsleistungsbereich ist 1500 bis 5000 Watt, und der vordefinierte Geschwindigkeitsbereich ist 1500–8000/min. Die elektrische Maschine 10 ist gestaltet, eine maximale Drehzahl von mindestens 18.000 Umdrehungen pro Minute zu erreichen. Bezugnehmend auf 21 zeigt ein Diagramm 400 das Drehmoment der elektrische Maschine 10 pro Basismoment (pu) auf der linksseitigen vertikalen Achse 402. Die Leistung der elektrischen Maschine 10 pro Basisleistung (pu) wird auf der rechten Seite der vertikalen Achse 404 dargestellt. Die Geschwindigkeit der Rotoranordnung 14 in Umdrehungen pro Minute (/ /min) wird auf der horizontalen Achse 406 dargestellt. Einige der vorbestimmten Betriebsparameter zeigen, dass die Geometrie der elektrischen Maschine 10 speziell gestaltet ist, eine Fahrbetrieb-Spitzenmoment-Anforderung 408 (z. B. größer als 16 Newtonmeter), einen Fahrbetrieb-Leistungsbedarf 410 (z. B. 2,4 Kilowatt) und eine Leistungsbedarfserzeugung 412 (z. B. 4,4 Kilowatt) zu erzielen. Das theoretisch durch die Elektromaschine 10 erreichbare Fahrbetrieb-Drehmoment 414 übersteigt die Fahrbetrieb-Spitzenmoment-Anforderung 408. Die durch die Elektromaschine 10 theoretisch erreichbare Fahrbetriebsleistung 416 übersteigt den Fahrbetrieb-Leistungsbedarf 410. Die durch die Elektromaschine 10 theoretisch erreichbare Höhe der Generatorleistung (Stromerzeugung) 418 übersteigt den Leistungsbedarf 412. Das erzeugte Drehmoment 420 ist ebenso dargestellt ist und erstreckt sich mindestens bis zu einer Motordrehzahl von 18.000/min der elektrischen Maschine 10.In the application according to 20 or in other vehicle powertrain applications is the electric machine 10 designed to have at least 80% efficiency (in driving mode) of a given output power and a given speed range, as in 21 shown to achieve. The electric machine 10 is designed to achieve at least 85% efficiency (in generator mode). The default output power range is 1500 to 5000 watts, and the predefined speed range is 1500-8000 / min. The electric machine 10 is designed to achieve a maximum speed of at least 18,000 revolutions per minute. Referring to 21 shows a diagram 400 the torque of the electric machine 10 per base moment (pu) on the left-hand vertical axis 402 , The performance of the electric machine 10 per base power (pu) will be on the right side of the vertical axis 404 shown. The speed of the rotor assembly 14 in revolutions per minute (/ / min) will be on the horizontal axis 406 shown. Some of the predetermined operating parameters show that the geometry of the electric machine 10 Specially designed, a driving peak torque request 408 (eg, greater than 16 Newton meters), a driving power requirement 410 (eg, 2.4 kilowatts) and power generation 412 (eg 4.4 kilowatts). Theoretically by the electric machine 10 achievable driving torque 414 exceeds the driving peak torque demand 408 , The by the electric machine 10 theoretically achievable driving performance 416 exceeds the driving power requirement 410 , The by the electric machine 10 theoretically achievable amount of generator power (power generation) 418 exceeds the power requirement 412 , The generated torque 420 is also shown and extends at least up to an engine speed of 18,000 / min of the electric machine 10 ,
22 zeigt ein Diagramm 500 des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine 10 im 14-Volt-Generatorbetrieb. Die Leistung der elektrischen Maschine 10 pro Basisleistungseinheit (pu) ist auf der vertikalen Achse 502 dargestellt. Die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine 10 wird auf der horizontalen Achse 504 gezeigt. Bereiche unterschiedlicher Betriebszustandswirkungsgrade der elektrische Maschine 10 sind durch gestrichelte Linien dargestellt umfassend: eine 94 %-Betriebseffizienzzone 506; eine 92 %-Betriebseffizienzzone 508; eine 90 %-Betriebseffizienz Zone 510; eine 88%-Betriebseffizienzzone 512; eine 85 %-Betriebseffizienzzone 514; eine 80 %-Betriebseffizienzzone 516; eine etwa 75 %-Betriebseffizienzzone 518; eine etwa 65 %-Betriebseffizienzzone 520; eine etwa 55 %-Betriebseffizienzzone 522; eine etwa 45 %-Betriebseffizienzzone 524; eine etwa 35 %-Betriebseffizienzzone 526; eine etwa 25 %-Betriebseffizienzzone 528; und eine etwa 15 %-Betriebseffizienzzone 530. 22 shows a diagram 500 the efficiency of the electric machine 10 in 14 volt generator mode. The performance of the electric machine 10 per basic power unit (pu) is on the vertical axis 502 shown. The speed of the electric machine 10 will be on the horizontal axis 504 shown. Areas of different operating state efficiencies of the electric machine 10 are shown by dashed lines comprising: a 94% operating efficiency zone 506 ; a 92% operating efficiency zone 508 ; a 90% operating efficiency zone 510 ; an 88% operating efficiency zone 512 ; an 85% operating efficiency zone 514 ; an 80% operating efficiency zone 516 ; an approximately 75% operating efficiency zone 518 ; an approximately 65% operating efficiency zone 520 ; an approximately 55% operating efficiency zone 522 ; an approximately 45% operating efficiency zone 524 ; an approximately 35% operating efficiency zone 526 ; an approximately 25% operating efficiency zone 528 ; and an about 15% operating efficiency zone 530 ,
23 zeigt ein Diagramm 600 des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine 10 bei der Arbeit in einem 11-Volt-Fahrbetriebsmodus. Die Leistung der elektrischen Maschine 10 pro Basisleistung (pu) ist auf der vertikalen Achse 602 dargestellt. Die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine 10 in /min wird auf der horizontalen Achse 604 dargestellt. Bereiche unterschiedlicher Betriebszustands-Wirkungsgrade der elektrischen Maschine 10 sind begrenzt durch gestrichelte Linien dargestellt, umfassend: eine 92 %-Betriebseffizienzzone 606; eine 90 %-Betriebseffizienzzone 608; eine 88 %-Betriebseffizienzzone 610; eine 85 %-Betriebseffizienzzone 612; eine 80 %-Betriebseffizienzzone 614; eine etwa 75 %-Betriebseffizienzzone 616; eine etwa 70 %-Betriebseffizienz Zone 618; eine etwa 65 %-Betriebseffizienzzone 620; eine etwa 60 %-Betriebseffizienzzone 622; eine etwa 55 %-Betriebseffizienzzone 624; eine etwa 50 %-Betriebseffizienzzone 626; eine etwa 45 %-Betriebseffizienzzone 628; und eine etwa 40 %-Betriebseffizienzzone 630. Die elektrische Maschine 10 ist gestaltet, um mindestens 85 % Effizienz zwischen 2500–7500/min für den Generatormodus und mindestens 80 % Wirkungsgrad zwischen 1500–5000/min für den Fahrbetriebsmodus zwischen bestimmten Leistungsebenen, beispielsweise von 1000 Watt bis 2500 Watt, zur Verfügung zu stellen. 23 shows a diagram 600 the efficiency of the electric machine 10 at work in an 11 volt driving mode. The performance of the electric machine 10 per base power (pu) is on the vertical axis 602 shown. The speed of the electric machine 10 in / min will be on the horizontal axis 604 shown. Areas of different operating state efficiencies of the electric machine 10 are represented by dashed lines comprising: a 92% operating efficiency zone 606 ; a 90% operating efficiency zone 608 ; an 88% operating efficiency zone 610 ; an 85% operating efficiency zone 612 ; an 80% operating efficiency zone 614 ; an approximately 75% operating efficiency zone 616 ; an about 70% operating efficiency zone 618 ; an approximately 65% operating efficiency zone 620 ; an about 60% operating efficiency zone 622 ; an approximately 55% operating efficiency zone 624 ; an approximately 50% operating efficiency zone 626 ; an approximately 45% operating efficiency zone 628 ; and an about 40% operating efficiency zone 630 , The electric machine 10 is designed to provide at least 85% efficiency between 2500-7500 / min for the generator mode and at least 80% efficiency between 1500-5000 / min for the drive mode between certain power levels, for example from 1000 watts to 2500 watts.
24 ist ein Diagramm 700 der Drehzahl der Rotoranordnung 14 in /min auf der am weitesten links befindlichen vertikalen Achse 702, eines Phase-A-Stroms pro Basisstromeinheit (pu) in den Wicklungen 34 der Statoranordnung 12 auf der anderen linken vertikalen Achse 704, des Stroms der elektrischen Maschine 10 pro Einheit der Basisleistung (pu) auf der rechtsseitigen vertikalen Achse 706 und der Zeit in Sekunden auf der horizontalen Achse 708 während eines dreiphasigen Kurzschlussereignisses. Das Kurzschlussereignis tritt auf durch Verbinden der Phasen der Wicklungen 34, während die Rotoranordnung 14 frei dreht (d. h. ohne Drehmoment auf der Motorwelle 29) bei hohen Geschwindigkeiten, wie etwa größer als 4000/min. Die resultierende Drehzahl der Rotoranordnung 14 zeigt Kurve 710. Den Phasenstrom der Phase A zeigt Kurve 712. Die Verlustleistung in der elektrischen Maschine 10 zeigt Kurve 714. In der exemplarischen Ausführungsform aus 10 ist der tatsächliche Kurzschlussstrom nicht kleiner als ein vorgegebener Wert, beispielsweise, 0,6 multipliziert mit dem Nennstrom der elektrischen Maschine 10, und nicht mehr als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 0,95 multipliziert mit dem Nennstrom der elektrischen Maschine 10. Beispielsweise ist in der exemplarischen Ausführungsform, in welcher die in 24 dargestellte Kurzschlussleistungsfähigkeit bereitstellt wird, der Nennstrom 320 Wurzel des quadratischen Ampere-Mittelwerts („Arms“) und der maximale Kurzschlussstrom 268 Arms. 24 is a diagram 700 the speed of the rotor assembly 14 in / min on the leftmost vertical axis 702 , one phase A current per base current unit (pu) in the windings 34 the stator assembly 12 on the other left vertical axis 704 , the current of the electric machine 10 per unit of basic power (pu) on the right-hand vertical axis 706 and the time in seconds on the horizontal axis 708 during a three-phase short circuit event. The short circuit event occurs by connecting the phases of the windings 34 while the rotor assembly 14 turns freely (ie without torque on the motor shaft 29 ) at high speeds, such as greater than 4000 rpm. The resulting speed of the rotor assembly 14 shows curve 710 , The phase current of phase A shows a curve 712 , The power loss in the electric machine 10 shows curve 714 , In the exemplary embodiment 10 For example, the actual short-circuit current is not smaller than a predetermined value, for example, 0.6 multiplied by the rated current of the electric machine 10 , and not more than a predetermined value, for example 0.95 multiplied by the rated current of the electric machine 10 , For example, in the exemplary embodiment in which the in 24 illustrated short-circuit performance is provided, the rated current 320 Root of the quadratic ampere ("Arms") and the maximum short-circuit current 268 Arms.
Zum Erzielen der vorbestimmten Leistungsdichte wird verhältnismäßig starkes Magnetmaterial verwendet. Die Demagnetisierungdiagramme 800 der Magnete 20 in 25 zeigen beispielsweise zur Erfüllung der Leistungsanforderungen eine Remanenz (Br) von 802 auf der Y-Achse und eine Koerzitivkraft von 806 auf der X-Achse. Diagramm 801 ist für die Magnete 20 bei 100 Grad Celsius und Diagramm 803 ist für die Magnete 20 bei 180 Grad Celsius. Remanenz hat einen Wert größer als 804, was größer als 0,9 Tesla bei 100 Grad Celsius ist. Die Koerzitivkraft 806 der Magnete 20 auf der X-Achse hat einen Absolutwert 808 von größer als 800 Kiloampere pro Meter bei 100 Grad Celsius. Die Remanenz (Br) an dem Kniepunkt 810 des Demagnetisierungsdiagramms 803 hat einen Wert 812, der kleiner als 0,15 Tesla ist.To achieve the predetermined power density, relatively strong magnetic material is used. Demagnetization diagrams 800 the magnets 20 in 25 For example, to satisfy the performance requirements, they show a remanence (Br) of 802 on the Y axis and a coercive force of 806 on the X axis. diagram 801 is for the magnets 20 at 100 degrees Celsius and graph 803 is for the magnets 20 at 180 degrees Celsius. Remanence has a value greater than 804 which is greater than 0.9 Tesla at 100 degrees Celsius. The coercive force 806 the magnets 20 on the X-axis has an absolute value 808 from bigger than 800 Kiloamps per meter at 100 degrees Celsius. The remanence (Br) at the knee point 810 demagnetization diagram 803 has a value 812 which is less than 0.15 tesla.
Während die besten Verfahren zur Durchführung der vielen Aspekte der vorliegenden Lehren im Detail geschildert wurden, werden diejenigen, die mit diesen Lehren vertraut sind, erkennen, dass es verschiedene alternative Aspekte für die praktische Umsetzung der hier angeführten Lehren gibt, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche liegen.While the best modes for carrying out the many aspects of the present teachings have been described in detail, those familiar with these teachings will recognize that there are various alternative aspects to the practice of the teachings herein, which are within the scope of the appended teachings Claims are.
